Navrhování a provádění železobetonových skeletových konstrukcí monolitických

7.4.2.1

Navrhování a provádění železobetonových skeletových konstrukcí monolitických

 NahoruRozdělení

Z konstrukčního hlediska si můžeme tyto konstrukce rozdělit na

1. skeletové konstrukce rámové nebo také průvlakové, s rámy

   1. příčnými,

   2. podélnými,

   3. v obou směrech,

2. skeletové systémy bezprůvlakové

   1. hlavicové,

   2. deskové,

   3. konstrukce se skrytými průvlaky nebo hlavicemi.

Celá problematika týkající se betonu (jeho vlastností, použití a kontroly) je podrobně pojednána v kapitola Obecné požadavky na betonové konstrukce Obecné požadavky na betonové konstrukce. S ohledem na používání norem je třeba upozornit, že souběžná platnost ČSN 73 1201 Navrhování betonových konstrukcí skončila k 1. 4. 2010 a od tohoto data platí pouze norma ČSN EN 1992-1-1 (731201) Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí. Oba normové předpisy, které po přechodovou dobu platily souběžně, jsou velmi rozsáhlé, doložené množstvím konstrukčních detailů i tabulek (závazných i doporučených). V některých principech se liší, ale řadu zásad mají společných. Nová norma přináší rozšířený pohled na danou problematiku, ale v normě "staré“ jsou navíc některá osvědčená doporučení a zásady, které platné normě neodporují. V následujících oddílech proto uvádíme vybraná osvědčená doporučení souhrnně se záměrem nasměrovat pozornost ke konkrétním řešením. Pro orientaci uvádíme zde stručnou informaci k vybraným normám:

 NahoruČSN 73 0210-1

 NahoruRelevantní normy

Geometrická přesnost ve výstavbě. Podmínky provádění. Část 1: Přesnost osazení

Datum schválení: prosinec 1992, datum účinnosti od 1. 1. 1993.

První část soustavy norem stanoví obecné zásady pro předepisování přesnosti osazení stavebních dílců a dílců bednění (dále jen dílců). Ustanovení této normy lze použít pro různé druhy stavebních systémů a jejich materiálové varianty. Norma je zpracována většinou do tabulek s nákresy.

ČSN 73 0210-2
Geometrická přesnost ve výstavbě. Podmínky provádění. Část 2: Přesnost monolitických betonových konstrukcí

Datum schválení: září 1993, datum účinnosti od 1. 10. 1993.

 NahoruMezní odchylky

Norma stanoví zásady pro určování mezních odchylek a tolerancí geometrických parametrů hrubé stavby monolitických betonových a železobetonových konstrukcí, zásady pro určení mezních odchylek a tolerancí geometrických parametrů bednění, stanoví zásady kontroly přesnosti geometrických parametrů konstrukcí a bednění. Uvádí doporučené hodnoty mezních odchylek a tolerancí vybraných geometrických parametrů monolitických betonových konstrukcí. Jsou normalizovány např. všeobecné požadavky, přesnost bednění, hodnoty mezních odchylek a tolerancí apod.

Vybrané mezní odchylky rozměrů (hodnoty v mm)

1. celkových rozměrů a polohy konstrukcí

    

   Základní rozměry v metrech
   do 4	nad 4 do 8	nad 8 do 16	nad 16 do 25	nad 25
   Rozměry v půdorysu (např. délky, šířky)	±12	±15	±20	±25	±30
   Rozměry v nárysu (např. výšky podlaží)	±15	±15	±20	±30	±30
   Světlé rozměry v půdorysu (např. rozměry mezi sloupy)	±15	±20	±25	±30
   Světlé rozměry v nárysu (např. mezi průvlaky)	±20	±20	±30

2. průřezu konstrukcí

    

   Základní rozměry v metrech
   do 0,12	nad 0,12 do 0,25	nad 0,25 do 0,50	nad 0,50
   Sloupy	±3	±4	±5	±6
   Průvlaky, trámy	±5	±6	±8	±10

Vybrané mezní odchylky tolerancí (hodnoty v mm)

1. místní přímosti

    

   Na vztažnou délku 2 m
   Hrany průvlaků, trámů, sloupů	8

2. vodorovnosti vodorovných konstrukcí

   	Délka konstrukce v metrech
   	do 4,0	nad 4,0 do 8	nad 8 do 16	nad 16
   Stropy, průvlaky v jednom poli	6	8	15	20

3. rovnoběžnosti protilehlých konstrukcí

    

   Délka konstrukce v metrech
   do 4,0	nad 4,0 do 8	nad 8 do 16
   Protilehlé stěny, průvlaky, trámy	10	12	20

 NahoruČSN 73 1201
Navrhování betonových konstrukcí

Datum schválení: leden 1988, ukončení platnosti 1. 4. 2010. Změny a opravy: Z1 9.89t, Z2 9.94t.

ČSN EN 1992-1-1 (731201)
Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby

Datum schválení: 1. 11. 2006, datum účinnosti od 1. 12. 2006. K normě byly vydány změny a opravy: oprava 1 7.09t, Z1 3.10t

Norma platí pro navrhování konstrukcí pozemních a inženýrských staveb z prostého, železového a předpjatého betonu, a to jak z normálního hutného betonu, tak z hutného betonu s pórovitým kamenivem. Norma vychází ze zásad pro navrhování konstrukcí, které jsou uvedeny v ČSN EN 1990 (730002) Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí a odvolává se v oblasti zatížení na ČSN EN 1991 (730035) Eurokód 1: Zatížení konstrukcí.

V normě jsou uvedeny zásady a požadavky týkající se bezpečnosti a použitelnosti konstrukcí. Normalizuje požadavky na materiály a jejich použití resp. uspořádání v betonové konstrukci, uvádí způsoby analýzy konstrukce, mezní stavy únosnosti a použitelnosti a řadu konstrukčních pravidel a doporučení. Zásady navrhování konstrukcí uvedené v normě se týkají pouze požadavků na únosnost, použitelnost, trvanlivost betonových konstrukcí. Další požadavky, např. požadavky na tepelnou a zvukovou izolaci, se zde neuvažují. Norma se musí používat s národní přílohou NA, která obsahuje údaje platné pro území České republiky. U staveb s možností vystavení účinkům požáru se norma odvolává na ČSN EN 1992-1-2 Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí – Část 1-2: Obecná pravidla – Navrhování konstrukcí na účinky požáru.

 NahoruSKELETOVÉ KONSTRUKCE RÁMOVÉ

Skeletové konstrukce rámové

V souladu s vývojem konstrukčních systémů, který postupoval nahrazováním plných svislých stěn pilíři, se nejdříve rozšířil průvlakový systém monolitických skeletů. Poměrně jednoduché statické schéma konstrukce, vzdorující v jistém rozsahu též působení vodorovných sil, umožňovalo s dostupnými výpočetními postupy a znalostmi zvládnout aplikace, vyhovující nejširším požadavkům uživatelů. S mírnou nadsázkou lze prohlásit, že neexistoval záměr uživatele, který by se v tomto systému nedal bez obtíží realizovat. Je pochopitelné, že nové trendy v investorské oblasti na jedné straně a nové materiály, poznatky, technologie a výpočetní metody na straně realizátora otevírají cestu ke konstrukcím subtilnějším, dávající větší prostor jak pro vlastní využití, tak pro umístění technologických zařízení a pro jejich obsluhu. Přesto mají průvlakové systémy mezi železobetonovými skelety stále své místo a je na projektantovi, aby je dovedl v ekonomicky vhodných případech uplatnit.

Z uvedených typů monolitických skeletů se u rámových soustav v největší míře projevuje závislost modulové sítě a vnitřního členění prostoru. Svislé dělící konstrukce jsou s výhodou vázány na průvlaky, se kterými obvykle jednostranně lícují a vytvářejí představu rovného podhledu. Modulovou síť je ovšem třeba volit tak, aby vyhovovala danému účelu (např. pro šířku kanceláře 2 x 3,6 m = 7,20 m). Z obdobných důvodů volíme např. příčný trojtrakt modulové sítě, máme-li v úmyslu vést středem objektu chodbu (např. šířky 2,40 m) – není-li v konkrétním případě (např u chodby užší) vhodnější využít části středního traktu stejné šířky, jakou mají trakty krajní.

 NahoruSloupy

Odlehčením hmotné svislé nosné konstrukce je třeba přenést veškeré namáhání do sloupů a zajistit, aby sloupy byly schopny toto namáhání bez porušení přenést na základy. Na sloupy jsou kladeny požadavky především statické a požární bezpečnosti, ostatní funkce, související s obecnými požadavky na stavební konstrukci (např. hlediska estetická, tepelnětechnická, akustická) plní obvykle další přídavné materiály. Pokud je konstrukce namáhána pouze svislým zatížením, jehož výslednice působí v těžišti sloupů, mohou mít sloupy čtvercové, mnohoúhelníkové nebo kruhové průřezy. Většinou však na konstrukci působí i zatížení vyvolávající ohybové momenty, kterým musí sloupy vzdorovat. Pak je třeba tvarovat průřezy sloupů tak, aby přenesly ohybové momenty bez porušení konstrukčního materiálu a s přípustnými vodorovnými deformacemi. Proto jsou obvykle používány sloupy s obdélníkovým průřezem s delší stranou ve směru většího ohybového momentu.

Obr. č. 1: Průřezy a vyztužení sloupů

Monolitické sloupy mohou být vyztuženy samotnou betonářskou výztuží nebo s doplněním tuhou výztuží z válcovaných profilů L,T, I, resp. profily uzavřenými – troubami kruhových nebo obdélníkových profilů. S tím souvisí i poměr plochy navržené tahové výztuže k průřezové ploše betonu, který se v praxi pohybuje při vyztužení jen betonářskou ocelí od 0,6 % do 3 %, kdežto při použití tuhé výztuže činí 10 % až 30 %.

Zdrojem ohybových momentů mohou být excentricky působící svislá zatížení a zatížení vodorovná, především zatížení větrem. Sloupy samotné jsou však schopny vzdorovat ohybovým momentům jen v omezené míře.

 NahoruKonstrukční propojení

Odpor sloupů proti vodorovným silám proto zvyšujeme jejich vhodným propojením do konstrukčních soustav plošných nebo prostorových. Jak napovídá označení kapitoly, základem konstrukce je soustava rámů, skládající se ze sloupů (rámových stojek), spojených vodorovnými průvlaky (rámovými příčlemi), které podporují stropní konstrukci.

Obr. č. 2: Princip klasického železobetonového skeletu

Rámové příčle jsou namáhány jak reakcemi stropních konstrukcí, vyvozujícími ohybové momenty, tak svislými posouvajícími silami, vyvolanými spolupůsobením spřažených svislých sloupů. Sloupy jsou namáhány svislými normálovými silami vyvozujícími tlakové napětí a ohybovými momenty od vodorovných i svislých zatížení.

Rámy mohou být jednopodlažní nebo vícepodlažní a u obdélníkového půdorysu mohou probíhat příčně, podélně nebo i v obou směrech s rozponem nosných podpor malým, středním nebo velkým. Volba směru rámu vychází též z charakteru objektu, požadavků na vnitřní členění, provozních požadavků a v neposlední řadě i z ekonomiky díla a možností provádění.

Příčné rámy

Příčné rámy

Příčné rámy se obvykle volí při výšce budovy větší než její trojnásobná hloubka, protože značným silám od zatížení větrem rámy dobře vzdorují. V závislosti na vnitřním členění prostoru a šířce objektu mají rámy obvykle dvě nebo tři pole, někdy však i více, nebo pouze pole jedno. Příčné rámy nebrání prosvětlení místností. Jsou­li rámové příčle v průčelí konzolovitě vyloženy, může být fasáda libovolně členěna. Vyložené příčle řeší také některé problémy zakládání (např. v sousedství objektů) a přispívají k rovnoměrnějšímu namáhání rámového systému. Příčle však většinou překážejí podélným instalačním rozvodům pod stropem.

Obr. č. 3: Skelet s příčnými rámy

Podélné rámy

Podélné rámy

Podélné rámy jsou z hlediska působení větru přijatelné, nepřesahuje­li výška budovy dvojnásobek hloubky. Příčle nepřekážejí podélným instalačním rozvodům, ale ovlivňují řešení fasády a zastiňují strop místností.

Obr. č. 4: Skelet s podélnými rámy

 NahoruObousměrné rámy

Obousměrné rámy dávají stavbě velkou tuhost, a proto se hodí pro stavby s velkým namáháním od větru (např. věžové stavby) nebo s dynamickým namáháním od strojů. Jsou vhodné pro stavby s velkým zatížením stropů a stavby v oblastech poddolovaných nebo seismických. Stropní konstrukce podporovaná příčlemi po celém obvodě je staticky velmi výhodná.

Obr. č. 5: Skelet s obousměrnými rámy

Prostorová tuhost

Prostorová tuhost

Rámové konstrukce sice zvyšují ohybovou tuhost nosného systému a tedy i jeho odolnost vůči vodorovnému zatížení, ale při rostoucí výšce budovy vyžadují značné zvyšování rozměrů stojek a příčlí. Efektivním způsobem zajištění tuhosti v rovině rámu je propojení uzlů rámové konstrukce diagonálními prvky (v obou směrech), bránícími změně vzdálenosti uzlů rámových polí. Vzniká tak konzolová příhradová konstrukce, uložená do konstrukce základové. Přenesení tahových napětí je vzhledem k absenci vzpěru ekonomičtější a lze využít subtilnějších průřezů. Diagonální prvky se zpravidla navrhují z konstrukčních ocelí a umísťují se tam, kde má být vnitřní prostor dělen příčkou (bez dveřních otvorů). Obvykle se navrhují obě diagonály jen na tah.

Dalším, staticky efektivnějším způsobem spřažení sloupů je vložení tuhé, málo deformovatelné stěny, propojující sloupy i stropy v daném podlaží. Stěny se seskupují a rozmísťují v rámci objektu tak, aby účinně zachytily předpokládané namáhání (např. i kroucení výškového objektu) a přenesly ho do základů. Při jejich rozmísťování je třeba skloubit statickou funkci s architektonickým výrazem pro konkrétní velikost objektu a jeho určení či užití. Jednotlivé systémy zavětrovacích stěnových konstrukcí mají své přednosti i omezení a o jejich volbě je třeba rozhodovat současně s návrhem konstrukčního uspořádání objektu.

Obr. č. 6: Stěnové systémy zavětrování skeletové konstrukce

 NahoruZavětrovací systémy

Podle umístění zavětrovacích stěn rozeznáváme

• zavětrovací systém obvodový – neomezuje vnitřní volnost půdorysu, ale omezuje řešení fasády. Předpokládá vyřešení tepelněizolačních vlastností zavětrovacích stěn

• zavětrovací systém vnitřní – omezuje volnost půdorysu, a je proto z hlediska dispozičního řešení budovy obvykle méně výhodný. Plné stěny oddělují provozně plochy a mohou často znamenat i ztrátu užitkové plochy v podlaží,

• kombinovaný zavětrovací systém obvodový a vnitřní – snaží se využít předností a potlačit nedostatky obou předchozích systémů způsobem, který nabízí architektonický záměr uspořádání objektu. Obvykle vyhoví vnitřní systém u schodišťového prostoru a obvodové zavětrovací stěny jako plášť v části hygienických zařízení, archivů a místností podobného zaměření,

• zavětrovací systém střední – neovlivňuje řešení fasády, ale podstatně omezuje dispoziční řešení budovy. Zavětrovací stěny jsou obvykle využívány pro vertikální komunikace (výtahy, schodiště), instalační a větrací šachty,

• zavětrovací systém asymetrický – podřízením dispozičnímu řešení objektu hledá nejvhodnější umístění z hlediska provozního a architektonického. Vyžaduje exaktní statické řešení prostorové tuhosti,

• zavětrovací systém vnější – zcela uvolňuje dispozici objektu, předpokládá vyřešení funkce celého systému především z hlediska statického řešení. Tento systém je obvyklý u vícepodlažních výrobních objektů, kde se pro tento účel využívají komunikační prostory (spolu s dalšími, jako jsou šatny, sociální zařízení apod.) umístěné ve štítech mimo vlastní skeletovou konstrukci.

Konstrukční zásady navrhování dilatačních spár

 NahoruDilatační spáry

Konstrukčními dělícími spárami se rozděluje konstrukce budovy na jednotlivé části z důvodu přenosu účinků z jedné části konstrukce do druhé tak, aby nebyly narušeny požadované funkce konstrukce. Tyto účinky mohou být statické (především v důsledku deformace od objemových změn a nerovnoměrného sedání), dynamické, akustické nebo tepelnětechnické. Kromě uvedených důvodů se rozdělují objekty a jejich části i z důvodů čistě konstrukčních nebo technologických. Významnou skupinu dělicích spár tvoří spáry pro eliminaci statických a dynamických účinků, které se souhrnně nazývají spáry dilatační. Každá dilatační spára, vytvořená v nosné konstrukci z kteréhokoliv důvodu, bude zároveň umožňovat nezávislé pohyby konstrukce od účinků objemových změn, a proto je třeba s touto funkcí současně počítat.

Rozdělení objektu svislými dilatačními spárami je vhodné provést v místech, která jsou výhodná z hlediska statického působení konstrukce a kde nenarušují dispoziční a architektonické řešení objektu. Zpravidla každá dilatační spára představuje nákladnou konstrukční úpravu a zároveň představuje potenciální nebezpečí poruchy některé funkce objektu (hydroizolační, tepelně-technické, rovinatosti, deformace, porušení apod.). Jejich užívání je proto třeba omezovat na nezbytně nutný počet, ale přitom takový, který je schopen s dostatečnou spolehlivostí eliminovat nebezpečí poruch.

Objemové změny prvků skeletových konstrukcí vznikají tepelnými účinky, změnami vlhkosti, dotvarováním a smršťováním. Vzdálenosti a uspořádání těchto spár se navrhuje podle doporučení norem (ČSN EN 1992-1-1, ČSN 73 1201). Dilatační spára pro eliminování účinků objemových změn musí umožňovat volné roztažení konstrukčních částí v příslušném směru. Nejčastěji jde o umožnění horizontálních deformací vznikajících v důsledku teplotních objemových změn. Dilatační spára musí probíhat celou konstrukcí včetně všech navazujících kompletačních konstrukcí (stropy, podlahy, obvodový plášť, střešní plášť, příčky atp.) s výjimkou základů, které jsou vystaveny jen minimálním tepelným rozdílům. Dělit v místě, kde probíhá dilatační spára konstrukce i základy by bylo v běžných případech chybou. Naopak je třeba základ v místě ukončení…